3.1 銀河の回転曲線：暗黒物質なしでの適合

目次 ／ 第3章：巨視的宇宙

用語と前提: 本章では、外縁部の円盤で観測される「余剰の引力」を、**一般化不安定粒子（GUP）が生存期間中に生む統計的テンソル重力（STG）と、崩壊・対消滅の際に媒質へ注入するテンソル局所ノイズ（TBN）の相乗効果として説明します。以下では三者を順に「一般化不安定粒子」「統計的テンソル重力」「テンソル局所ノイズ」と記します。エネルギー・フィラメント理論（EFT）の枠組みでは、宇宙媒質をエネルギー海（Energy Sea）**と呼びます。以降、英略語は用いず、日本語の完全表記のみを用います。

I. 現象と核心的な課題

多くの渦巻銀河では、可視光で明るい円盤の外側まで回転速度が高く、ほぼ平坦に保たれます。可視物質が希薄になる半径域では本来、速度低下が期待されますが、観測はそれに反します。さらに次の二つの関係が、極めて小さな散らばりで成り立ちます。

• 可視質量と外縁部の代表速度が、ほぼ単一の関係に沿います。
• 各半径での向心加速度の総和が、可視物質による成分とほぼ一対一に対応します。

一方で、曲線形は多様です。中心は尖鋭かコアか、プラトーの半径と高さは異なり、速度場には微細なテクスチャも見られます。環境や事象史の影響は明瞭です。それでも二つの関係が強く保たれるのは、共通の根機構が働くことを示します。従来の適合は、対象ごとに不可視の「包絡」を付与して調整しますが、個別調整が多く、形成史がばらばらでも関係が極端にタイトである理由を説明しにくいのが難点です。

要点: 余剰の引力は、新しい物質の追加ではなく、媒質の統計的応答として自然に現れ得ます。

II. 仕組みの像：一つのテンソル地形と三つの寄与

1. 基礎的な内向き勾配（可視物質）
   星とガスがエネルギー海に内向きのテンソル勾配を刻み、基本的な向心ガイダンスを与えます。寄与は半径とともに急減するため、単独では外縁のプラトーを支えられません。
   観測の手掛かり: 光度‐質量比とガス表面密度が中心集中するほど、内側の立ち上がりは鋭くなります。
2. 滑らかな加算勾配（統計的テンソル重力）
   一般化不安定粒子は生存中、テンソル場に微弱な引力を刻みます。それらが時空で重なり合い、半径に対して緩やかにしか減衰しない、持続的で滑らかなバイアス（加算勾配）を形成します。
   • 空間的な滑らかさ: 外縁まで有効で、プラトーを支えます。
   • 活動との共調: 強度は星形成率、合体・擾乱、ガスの流入出サイクル、バー／渦状腕のシアと相関します。
   • 自己整合的ロック: 供給と撹拌が増える → 活動が高まる → 加算勾配が強まる → 外縁の速度スケールがロックされます。
     観測の手掛かり: 星形成の表面密度、バー強度、ガス回流、合体痕と、プラトーの高さ・長さが相関します。
3. 小振幅のテクスチャ（テンソル局所ノイズ）
   一般化不安定粒子が崩壊・対消滅する際、広帯域で低コヒーレンスの波群が媒質に注入され、拡散的な背景を作ります。これが速度に小さなゆらぎや線幅の拡大を与えますが、平均的な平坦性は保たれます。
   観測の手掛かり: 電波ハロー／リリック、低コントラストの拡散構造、速度場の「粒状感」。合体軸や強シア領域で強まります。

半径方向の直観:

• 内側（R ≲ 2–3 R_d）: 可視のガイダンスが主で、統計的テンソル重力が微修正します。中心が尖るかコアかはここで決まります。
• 遷移域: 二者が拮抗し、急峻から平坦へと曲線が移ります。遷移半径は活動度と履歴で動きます。
• 外縁のプラトー: 統計的テンソル重力の比率が上がり、高く広いプラトーに軽いテクスチャが載ります。

結論: プラトー＝可視のガイダンス＋統計的テンソル重力。外縁の小さな起伏＝テンソル局所ノイズ。

III. 二つの「タイトな関係」はなぜ生まれるか

• 質量‐速度：ほぼ一本の関係
  可視物質は供給と撹拌を担い、一般化不安定粒子の総活動度を決めます。その活動度がプラトーの速度スケールを定めるため、可視質量と外縁速度は同根の要因で同調し、散らばりが小さくなります。
• 全向心引力と可視成分：半径ごとにほぼ一対一
  全向心引力は、可視のガイダンスと統計的テンソル重力の加算勾配の和です。内側では可視成分が優勢、外側では加算勾配の比率が増します。その結果、半径点ごとに可視成分から全体への滑らかな写像が現れます。
  直観的検証: 同一半径で、力学的残差をガス／ダストのシアや拡散電波強度にマップすると、同方向の相関が得られるはずです。

要点: 二つの関係は、一つのテンソル地形を「質量‐速度」と「半径‐引力」という二つの投影で見た表れです。

IV. 尖鋭中心とコア中心が併存する理由

• 平坦化（シェービング）機構: 合体、スターバースト、強いシアなどの長期活動が、局所のテンソル地形を「ほぐし」、内側勾配を弱め、コアを形成します。
• 引き締め機構: 深いポテンシャル井戸、安定供給、適度な擾乱の下では、尖鋭性が維持・回復します。

結論: 尖鋭とコアは、同じテンソル・ネットワークが異なる履歴と環境をたどったときの二つの端状態です。

V. 複数観測を一枚のテンソル地図に重ねる（作業手順）

重ねる対象:

• 回転曲線プラトーの高さと半径方向の長さ
• 弱／強重力レンズの収束等高線（カッパ（κ））の伸長方向と中心の偏位
• ガス速度場のシア・ストライプと非ガウス翼
• 電波ハロー／リリックの拡散強度と配向
• 長期シアの指標となる偏光／磁場線の方向

重ね合わせの基準:

• 空間整合: 上記の量が、合体軸・バー軸・渦状腕の接線方向に沿って共在・共向します。
• 時代整合: 活動期にはまず拡散背景（テンソル局所ノイズ）が上がり、その後（数千万〜数億年）にプラトーが高く長くなります（統計的テンソル重力）。静穏期には逆順です。
• 帯域横断の一貫: 媒質起因の分散を補正すると、プラトーと残差の方向は観測帯域を超えて一致します。方向を決めるのはテンソル地形そのものです。

VI. 観測・適合に落とし込む検証可能な予測

1. P1｜先にノイズ、あとで上昇（時間順）
   予測: スターバーストや合体の直後に拡散電波背景（テンソル局所ノイズ）が先行して上がり、数千万〜数億年のスケールでプラトーの高さ・半径が増します（統計的テンソル重力の強化）。
   観測: 複数エポック・複数リングの同時適合で、背景上昇からプラトー強化までの遅延を測定します。
2. P2｜環境依存（空間パターン）
   予測: 強シア方向や合体軸に沿って、プラトーはより長く高くなり、速度場の粒状感が強まります。
   観測: バー軸・合体軸に沿ったセクター別回転曲線と拡散プロファイルを抽出し比較します。
3. P3｜コマッピングでのクロスチェック（マルチモーダル）
   予測: κ の長軸、速度シアのピーク、電波ストリーク、主要偏光方向が整列します。
   観測: 四種類の地図を同一座標に登録し、ベクトルの余弦類似度で統計します。
4. P4｜外縁部のスペクトル形状
   予測: 外縁の速度残差のパワースペクトルは、中低周波で緩やかな傾きを示し、広帯域・低コヒーレンスというテンソル局所ノイズの特徴に一致します。
   観測: 残差スペクトルのピークや勾配を、拡散電波背景のそれと照合します。
5. P5｜適合フロー（パラメータ経済）
   手順:
   • 光度とガスから、可視物質による基礎内勾配の事前分布を置きます。
   • 星形成率、合体指標、バー強度、シアから、統計的テンソル重力の振幅・スケールの事前分布を置きます。
   • 拡散電波の強度・テクスチャから、テンソル局所ノイズによる広がりの事前分布を置きます。
   • 少数の共有パラメータで全回転曲線を適合させ、レンズ効果や速度場とのコマッピングで検証します。
     目標: 対象ごとの包絡調整ではなく、単一パラメータ集合で複数データ様式を同時に説明します。

VII. 直観的なたとえ

追い風の中を走る車列。 エンジンが可視のガイダンス、追い風が統計的テンソル重力、小さな路面の凹凸がテンソル局所ノイズに相当します。追い風は距離とともにゆっくり弱まりますが、速度を支えます。管理すべきは、スロットル（供給）、路面状態（シア／活動度）、追い風の持続（加算勾配の振幅）です。

VIII. 従来解釈との関係

• 説明経路の違い: 余剰の引力を不可視物質に帰すのではなく、媒質の統計的応答として再定式化します。すなわち、統計的テンソル重力の滑らかな加算勾配と、テンソル局所ノイズの小振幅テクスチャの和です。
• 自由度の削減: 可視供給・長期の撹拌・そこから生じるテンソル的バイアスという三つの同源ドライバーで帰着でき、対象別の微調整を減らします。
• 一枚の地図に多投影: 回転曲線、重力レンズ、ガス運動学、偏光は、同じテンソル地形の別々の投影に過ぎません。
• 包含的アプローチ: 将来、新成分が見つかっても顕微的な供給源として取り込めます。少なくとも回転曲線の主要特徴は、媒質の統計効果だけで首尾一貫に説明できます。

IX. 結論

一つのテンソル地形が、外縁の平坦なプラトー、二つのタイトな関係、中心の尖鋭／コア併存、微細テクスチャの差異を同時に説明します。

• 可視物質が基礎的な内勾配を形作ります。
• 統計的テンソル重力が、その上に持続的で緩やかに減衰する加算勾配を載せ、外縁速度を支え、速度スケールを可視質量に結び付けます。
• テンソル局所ノイズが、小振幅の「粒状感」を重ねますが、平均的な平坦性は変えません。

要するに: 論点は「不可視物質をどれだけ足すか」ではなく、「同じテンソル地形がどのように継続的に作り替えられるか」へ移ります。媒質ベースの統一機構の下で、プラトー、二つの関係、中心形態、環境依存は、別個の謎ではなく一つの物理過程の多面です。